Рождение звезд из газо-пылевых облаков межзвездной среды

Министерство труда, занятости и социальной защиты Республики Татарстан Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Набережночелнинский Государственный торгово-технологический институт»

(ГБОУ ВПО НГТТИ)

Факультет технологического менеджмента

Контрольная работа

По дисциплине: Концепция современного естествознания

Выполнила:

студентка гр. 385-ЗС

Ф.И.О:

Проверил: Шарафутдинов

Рафик Низамутдинович

Ученая степень: кандидат

биологических наук,

доцент

г. Набережные Челны

2009г.

Содержание

Задание 1. Рождение звезд из газо-пылевых облаков

межзвездной среды………………………………………..

Задание 2. Фундаментальные материальные поля и

проблема физического вакуума………………………………

Задание 3.Естествознание и техногенная цивилизация…………………………………………………….

Список использованной литературы………………………..………………………

Задание 1. Рождение звезд из газо-пылевых облаков

межзвездной среды.

Общая характеристика звезд

Звезды — это огромные раскаленные солнца
столь удаленные от нас по сравнению с планетами Солнечной
системы, что, хотя они сияют в миллионы раз ярче, их свет кажется нам относительно тусклым.

При взгляде на ясное ночное небо вспоминаются строк М. В. Ломоносова:

Открылась бездна, звезд полна,

Звездами числа нет, бездне - дна.

Звезды — важнейший объект астрономического познания. В звездах сосредоточена основная масса (98—99%) видимого ве­щества в известной нам части Вселенной. Звезды — мощные ис­точники энергии. В частности, жизнь на Земле обязана своим су­ществованием энергии излучения Солнца. В недрах звезд проис­ходит химическая эволюция вещества во Вселенной.

В ночном небе невооруженным глазом можно видеть около 6000 звезд. С уменьшением блеска звезд число их растет, и даже простой их счет становится затруднительным. «Поштучно» сосчи­таны и занесены в астрономические каталоги все звезды ярче 11-й звездной величины. Их около миллиона. А всего нашему наблю­дению доступно около двух миллиардов звезд. Общее количество звезд во Вселенной оценивается в 10²². Звезды не любят одиноче­ства. Они образуют звездные системы: кратные звезды (двойные. тройные и т.д.); звездные скопления (от нескольких десятков звезд до миллионов); галактики — грандиозные звездные систем в которых содержатся миллиарды и сотни миллиардов звезд.

Современная астрономия разработала совершенные определения основных характеристик звезд — радиуса, светимости, поверхностной температуры (цвета), массы, химического става. Выяснено, что размеры звезд, их строение, химических состав, масса, температура, светимость отличаются значительным разнообразием. Самые большие звезды (сверхгиганты) превосходят размер Солнца в сотни и тысячи раз. Звезды-карлики имеют размеры Земли и меньше (около 10 км). Предельная установленная наблюдениями максимальная масса звезд равна примерно 80 солнечным массам, а минимальная примерно 0,05 солнечной массы.

Весьма различны и расстояния до звезд. Свет далеких звезд-систем идет до нас миллиарды световых лет. Самая близкая к нам звезда — Проксима Центавра, не видимая с территории России. Проксима Центавра — маленькая звезда, ее масса в 7 раз Меньше, чем масса нашего Солнца, а поверхностная температура (3000°) в 2 раза меньше, чем температура на поверхности Солнца. Поэтому она светит на небе очень тускло и не видна невооруженным глазом, хотя и является самой близкой к нам звездой. Она от­доит от Земли на расстоянии всего 4,2 световых лет. Курьерский поезд, идя без остановок со скоростью 100 км/ч, добрался бы до нее через 40 миллионов лет!

Важнейшую информацию о звездах дает изучение их спектров. Спектры иногда называют «паспортами звезд»: по спектру можно выяснить светимость звезды, расстояние до нее, ее температуру, размер, химический состав поверхности, скорость движения в пространстве, скорость вращения вокруг своей оси и др. Спектры звезд разделены на классы в зависимости от цвета звезд (от голубоватого и белого через желтый к красному). Зная спектральный масс звезды, мы сразу же в общих чертах представляем ее физиче­скую природу.

Последовательность спектральных классов обозначается буквами: О (голубоватый), В (белый), А (белый), F (желтоватый), G (желтый), К (оранжевый), М (красный). В пределах каждого класса спектры определяются с точностью до одной десятой класса. Поэтому последовательность звездных спектров между класса G и К обозначается как GO, G1,..., G9, КО и т.д. (наше Солнце имеет спектральный класс G2). Спектр звезд тесно связан с их температурой. Самые горячие звезды (спектральный класс О) имеют поверхностную температуру порядка 40—50 тыс. градусов, а у самых холодных звезд (спектральный класс М) температура составляет около 3000°.

Изучение спектров звезд позволяет определить химический состав их поверхностных слоев. Обычно такие слои содержат водород, гелий и небольшую примесь более тяжелых элементов, хотя существуют и исключения. Так, есть звезды с очень высоким содержанием углерода или тяжелых элементов. Среди них есть элементы, которые в естественном состоянии на Земле не встречаются (например, технеций, изотопы которого живут максимум 200 000 лет и уже давно на Земле превратились в другие элемент, но продолжают образовываться в результате ядерных реакций звездах). Изучение спектров звезд позволяет также получать информацию о магнитных полях, скорости движения звезд, уточнять расстояние до звезд.

Большинство звезд находится в стационарном состоянии, т е их светимость не изменяется. Но встречаются и звезды с изменя­ющейся светимостью; их называют переменными звездами (в на­стоящее время известно и изучено около 30 000 переменных звезд). Они отличаются удивительным разнообразием. Прежде всего, их принято подразделять на два больших класса: затменные переменные и физические переменные.

К затменным переменным (а их в нашей Галактике обнаружено свыше 4000) относятся звезды, переменность которых вызывается чисто геометрическими причинами: если в системе из двух звезд, вращающихся вокруг общего центра масс, луч зрения земного на­блюдателя образует незначительный угол с плоскостью орбиты, то при каждом обороте будет наблюдаться затмение одной звезды другой. Это приводит к ослаблению суммарного блеска такой двойной системы. Периоды изменения блеска таких переменных звезд бывают различными — от десятков минут до десятков лет. Изучение затменных переменных дает возможность точно опре­делить важнейшие характеристики звезд: их форму, размеры, мас­сы, параметры орбит, светимость, температуру, строение атмо­сфер и др. Астрономы иногда шутят: по кривой блеска затменных переменных свойства звезд можно «читать как по нотам».

Физические переменные — гораздо больший класс переменных звезд. Они изменяют свой блеск в результате изменения физических процессов. Физические переменные в свою очередь подразделяются на три класса — пульсирующие, эруптивные (взрывающиеся) и звезды с неоднородной поверхностной яркостью.

Пульсирующие звезды характеризуются периодическими плавными и непрерывными изменениями блеска, вызванными пульсациями светимости, радиуса и температуры. Эти звезды периодически сжимаются и расширяются, изменяя свою температуру. Периоды изменения имеют достаточно широкие пределы — от нескольких часов до сотен суток. Наиболее типичный пример таких звезд - цефеиды (период пульсаций - десятки суток). Они сыграли большую роль в развитии внегалактической астрономии; с их помощью удалось определить расстояния до галактик, что Тугими методами сделать было невозможно. У некоторых звезд периоды выдерживаются с высокой точностью и могут, служит ос­новой измерения времени, у других периодичность практически отсутствует. Звездная переменность непериодического характера встречается гораздо чаще, чем периодическая. Наиболее ярко она выражена у эруптивных переменных звезд.

Эруптивные переменные звезды характеризуются быстрыми и сильными изменениями блеска, носящими взрывообразный ха­рактер. Вспышечное повышение уровня излучения увеличивает светимость звезд иногда в миллионы и миллиарды раз (новые и сверхновые звезды). При этом если вспышки новых не связаны с кардинальным изменением структуры звезды, то взрыв сверхно­вой носит характер грандиозной катастрофы, разрушающей звез­ду с выделением колоссального количества энергии и рассеянием основной массы ее вещества в пространстве.

И, наконец, третий тип физических переменных связан с яв­лениями неоднородности поверхностной яркости звезды, вызы­ваемыми магнитными полями (магнитные звезды, двойная систе­ма с рентгеновским пульсаром и др.).

Основные характеристики звезд связаны между собой законо­мерностями. Например, существует закономерность во взаимо­связи радиуса звезды, ее светимости и температуры поверхности:

L= 4 п R2jоТ4,

где L - светимость звезды; R - ее радиус; Т— температура поверхности; о - постоянная Стефана - Больцмана. Важную роль играет закономерность (теорема Рессела — Фогта) согласно которой, если бы все звезды имели одинаковый химический состав, то их светимость и радиус были бы однозначными функциями массы звезды. (На самом же деле в ходе эволюции звезд изменяется их химический состав и его распределение внутри звезды.) В XX в. были открыты и более глубокие зависимости, которые послужили эмпирической базой разработки теории эволюции звезд. Одна из них представлена диаграммой Герцшпрунга- Рессела.

Звезда - плазменный шар

Вещество звезд представляет собой плазму находится в ином состоянии, чем вещество в привычных для нас земных условиях. Плазма — это четвертое (наряду с твердым, жидким газообразным) состояние вещества, представляющее coбой ионизированный газ, в котором положительные (ионы) и отрицательные заряды (электроны) в среднем нейтрализуют друг друга. В земных условиях плазма встречается очень редко — в электрических разрядах в газах, молнии, в процессах горения и взрыва и др. Около Земли плазма существует в виде солнечного ветра, радиационных поясов, ионосферы и др. Зато во Вселенной в состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества. Кроме звезд это — межзвездная среда, галактические туманности и др. Итак строго говоря, звезда — это не просто газовый шар, а плазменный шар. Звезда — динамическая, направленным образом изменя­ющаяся плазменная система.

Высокая светимость звезд, поддерживаемая в течение дли­тельного времени, свидетельствует о выделении в них огромных количеств энергии. Современная физика указывает на два воз­можных источника энергии - гравитационное сжатие, приводя­щее к выделению гравитационной энергии, и термоядерные реак­ции, в результате которых из ядер легких элементов синтезируются ядра более тяжелых элементов, и выделяется большое количество

энергии.

Как показывают расчеты, энергии гравитационного сжатия было бы достаточно для поддержания светимости Солнца в тече­ние всего лишь 30 млн. лет. Но из геологических и других данных следует, что светимость Солнца оставалась примерно постоянной в течение миллиардов лет. Гравитационное сжатие может служить источником энергии лишь для очень молодых звезд. С другой стороны, термоядерные реакции протекают с достаточной скоростью лишь при температурах, в тысячи раз превышающих температуру поверхности звезд. Так, для Солнца температура, при которой термоядерные реакции могут выделять необходимое количество энергии, составляет, по различным расчетам, от 12 до 15 млн. Такая колоссальная температура достигается в результате гравитационного сжатия, которое и «зажигает» термоядерную реакцию. Таким образом, наше Солнце является медленно горящей водо­чной бомбой.

В ходе жизни звезды ее химический состав и распределение химических элементов значительно изменяются. Изменяется и физическое состояние звездного вещества. На поздних стадиях развития звездное вещество переходит в состояние вырожденного газа, а иногда и нейтронного вещества (пульсары — нейтронные звезды, барстеры — источники рентгеновского излучения и др.). Вырожденный газ образуется при сильнейшем сжатии вещества в недрах звезды, когда атомы оказываются настолько упакованны­ми, что их электронные оболочки начинают проникать одна в дру­гую. Электроны срываются с орбит и свободно движутся между ядрами атомов. А ядра образуют решетку, придавая вырожденно­му газу физические свойства, характерные для металлов. Если давление будет продолжать повышаться, то электроны вдавлива­ются в ядра, взаимодействуют с протонами и превращаются в ней­троны. Так образуется нейтронное вещество в недрах звезд.

Межзвездная среда

Хотя даже в мощные оптические телескопы мы видим в нашем галактическом пространстве лишь звезды и разде­ляющую их темную «бездну», на самом деле межзвездное галакти­ческое пространство не является абсолютной пустотой, оно за­полнено материей, веществом и полем.

Межзвездная среда состоит на 90% из межзвездного газа, ко­торый довольно равномерно перемешан с межзвездной пылью (около 1 % массы межзвездной среды), а также космических лучей, пронизывается межзвездными магнитными полями, потоками ^Нейтрино, гравитационного и электромагнитного излучения. Все компоненты межзвездной среды влияют друг на друга (космиче­ские лучи и электромагнитное поле ионизируют и нагревают межзвездный газ, магнитное поле определяет движение газа и др.). Проявляет себя межзвездная среда в ослаблении, рассеянии, поляризации света, поглощении света в отдельных линиях спектра, радиоизлучении, инфракрасном, рентгеновском и гамма-излучениях оптическое, через оптическое свечение некоторых туманностей и др. Основная составляющая межзвездной среды – межзвездный газ , который, как и вещество звезд, состоит главным образом из атомов водорода (около 90% всех атомов) и гелия (около 8%); 2% представлены остальными химическими элементами (преимущественно кислород, углерод, азот, сера, железо и др.). Межзвездный газ существует как в атомарном, так и в молекулярном состоянии (наиболее плотные и холодные части межзвездного газа). Концентрация межзвездного газа неравномерна. Есть области, где она составляет всего 10 -3 частиц в 1 куб.см, зато в облаках межзвездного газа она может достигать 10 12 частиц на 1 куб.см. В среднем в 1 куб. см галактического пространства содержится один атом межзвездного газа. Общая масса межзвездного газа в нашей Галактике равна примерно 4 млрд. масс Солнца, что составляет примерно 2 % всей массы вещества Галактики. Из этого вещества ежегодно образуется примерно 10 новых звезд.

Межзвездный газ обычно перемешан с межзвездной пылью (которая представляет собой твердые мельчайшие тугоплавкие частицы, содержащие водород, кислород, азот, силикаты, железо), образуя газо-пылевые образования, облака.

Межзвездная

Задание 2. Фундаментальные материальные поля и

проблема физического вакуума.

Задание 3.Естествознание и техногенная цивилизация.

17.1.1. Естествознание как революционизирующая сила цивилизации

Естествознание — один из важнейших двигателей общественного прогресса. Будучи основным фактором материаль­ного производства, естествознание выступает мощной революцио­низирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человече­ской истории. Такими были, например, открытия в XVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию циви­лизации; открытие в XIX в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; созда­ние в XX в. теории атомного ядра, а вслед за ним открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине XX в. моле­кулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и Появившиеся благодаря этому возможности генной инженерии по Управлению наследственностью; и др. Большая часть современной Материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее Издании научных теорий, научно-конструкторских разработок, ¹4>едсказанных наукой технологий и др.

Однако у современных людей наука вызывает не только восхи­щение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, чтонаука приносит человеку не только блага, но и несчастья. Загпя нение атмосферы, катастрофы на атомных электростанциях, _Пп вышение радиоактивного фона в результате испытаний ядер'ног оружия, «озонная дыра» над планетой, исчезновение многих ви дов растений и животных — эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие со­циальные интересы за ней стоят, какие общественные и государ­ственные структуры направляют ее развитие.

Нарастание глобальных проблем человечества повышает ответ­ственность ученых за судьбы человечества. Вопрос об историче­ских судьбах и роли науки в ее отношении к человеку, перспективах его развития никогда так остро не обсуждался, как в настоящее вре­мя, в условиях нарастания глобального кризиса цивилизации. Ста­рая проблема гуманистического содержания познавательной дея­тельности («проблема Руссо») приобрела новое конкретно-истори­ческое выражение: может ли человек (и если может, то в какой степени) рассчитывать на науку в решении глобальных проблем со­временности? Способна ли наука помочь человеку избавиться от того зла, которое несет в себе современная цивилизация, техноло-гизируя его образ жизни?

Наука — это социальный институт, и он теснейшим образом связан с развитием всего общества. Сложность, противоречивость современной ситуации в том, что наука безусловно причастна к по­рождению глобальных, прежде всего экологических, проблем ци­вилизации (не сама по себе, а как зависимая от других структур часть общества); в то же время без науки, без дальнейшего ее разви­тия решение этих проблем в принципе невозможно. Это значит, что роль науки в истории человечества постоянно возрастает, по­этому умаление роли науки, естествознания в настоящее время чрезвычайно опасно — оно обезоруживает человечество перед на­растанием глобальных проблем современности. К сожалению, та­кое умаление подчас имеет место, оно представлено определенны ми умонастроениями, тенденциями в системе духовной культурь •